Некоторые странности квантовой механики начали обретать смысл, когда ученые обнаружили, что субатомные частицы имеют волновую природу.
Представьте себе, что вы бросаете большой камень в пруд. Начальный всплеск создает круговую волну, которая удаляется от точки удара. Этот круг со временем становится все больше, с меньшими волнами внутри, которые перемещаются от центра, пока они не достигнут окружности круга.
Физики веками изучали свойства волн. Так что мы знаем довольно много о том, как ведут себя волны. Волны имеют пики и впадины и путешествуют в пространстве. Когда две разные волны вступают в контакт, они могут проходить друг через друга, создавая пики и впадины, которые являются комбинацией этих двух волн.
Представьте себе, что вы бросаете два камня одновременно в два разных места в озере. Волна будет удаляться от каждого удара, и в конечном итоге рябь от одного всплеска соприкоснется с рябью в другом всплеске. Когда два пика ряби находятся в одном и том же месте, они складываются, и вы увидите действительно большой пик. Однако, когда пик в одной волне находится в том же месте, что и впадина в другой волне, эти две волны гасят, и вода временно выравнивается.
Таким образом, странность квантовой механики существует не из-за чего-то нелогичного во Вселенной, а скорее потому, что у нас есть неверная картина того, что происходит. Мы склонны думать о частицах как о точке или маленькой сфере, которая существует только в одном определенном месте в пространстве.
На самом деле субатомные частицы больше похожи на волны, которые распространяются в пространстве. Поэтому, конечно, электрон может существовать более чем в одном месте, потому что он расширяется по объему пространства, как волна.
Фактически, волновая природа электронов объясняет, почему они могут вращаться только вокруг ядра атома на определенных дискретных уровнях, а не между этими уровнями. Уровни, на которых орбита электронов - это те уровни, на которых окружность орбиты совпадает с целым числом, кратным длине волны электрона.
Если бы это было не так, то пики и впадины волны исчезли бы, и электрон перестал бы существовать. Зная это, мы можем математически вычислить уровни, на которых электроны будут вращаться вокруг атома водорода, и эксперименты это точно подтвердили.
Тем не менее, некоторые свойства квантового мира все еще довольно загадочны. Например, хотя субатомные частицы ведут себя как волны, они делают это только иногда. В других случаях они ведут себя как частица—как будто они существуют только в одном месте в пространстве.
По-видимому, все субатомные частицы действуют подобно волнам до тех пор, пока на них не будет произведено какое-либо измерение. Когда мы попытаемся измерить любое свойство частицы, она на этот момент прекратит свое волновое поведение.
Физики говорят, что его "волновая функция коллапсирует. " Частица больше не будет распространяться по пространственному объему подобно волне, но примет дискретное положение в пространстве.
Удивительно, но вероятность нахождения частицы в определенном месте равна квадрату ее волновой функции. В основном, частицы действуют как волны, когда вы не смотрите на них, и они действуют как частицы, когда вы смотрите на них. И частица, скорее всего, будет там, где волна является высоким пиком или глубоким впадиной. Это странно, но правда.
Несмотря на свою противоречивую природу, есть очень веские основания полагать, что квантовая механика является достаточно хорошим описанием того, как функционирует Вселенная: она работает удивительно хорошо. А именно, предсказания квантовой механики неоднократно подтверждались экспериментально. Они всегда такие сделайте правильный прогноз.
Никто не утверждает, что квантовая механика - это вся картина. Большинство физиков считают, что в будущем будут открыты еще лучшие приближения. Но его успех показывает, что квантовая механика должна быть очень хорошим приближением того, что происходит.
Тем не менее, существуют интерпретации некоторых аспектов квантовой механики отстаиваются некоторыми учеными, которые являются сомнительными и не нуждаются в том, чтобы делать правильные предсказания.
Например, при выполнении измерения на частице, которая коллапсирует свою волновую функцию, мы знаем, что частица будет найдена в местах, где квадрат волновой функции высок. Но мы не можем предсказать, какой "пик" выберет частица.
Некоторые физики предположили, что частица выбирает все возможные пути—каждый в отдельной вселенной. Мы просто случайно живем во вселенной, где мы наблюдали данный результат. Но в какой-то другой вселенной частица сделала другой выбор.
Очевидно, что эта идея "мультивселенной" - не что иное, как предположение. Он не делает никаких проверяемых предсказаний, не имеет никаких подтверждающих доказательств (и даже не может в принципе), и поэтому не вносит свой вклад в науку.
